CN1045867A - 光辐射器 - Google Patents

Abstract

一光辐射器包括半透明管状容器，大量相对该容器的轴在同一方向串行斜放在其内的透明板，装在该容器一端用于连接导光缆输出端的导光缆连接部分，插在导光缆连接部分和透明板之间的透镜，和转动管状容器的电机。各块透明板至少有部分反射面，由于其距透镜较远，所以尺寸较大，以反射出基本均匀的光。光辐射器能够把透镜聚焦的太阳光引入导光缆并能把通过导光缆的光辐射到植物等上。

Description

本发明涉及一种光辐射器，它能够把透镜等聚焦的太阳光线引导入导光缆，通过这些导光缆将它们发送到遥远的地方，并把光缆中光线辐射到物体，例如植物上。

近年来，对太阳能及其有效利用方面的兴趣日益增长。

实际上，太阳能的利用一直在研究，并在各个领域中得以发展。众所周知，当太阳能作光能使用，而不是转换成热能或电能，即没有转换的能量损失时，最有效的利用太阳能就实现了。收集室外的太阳光线，并通过导光缆将它们发送到需要光的任何地方已经被提出，例如，用于在房子中照明或栽培植物，在海水中养鱼和养殖植物，或者作为繁殖小球藻类和增进人类健康的光源。无论哪种情况下，当从光导缆的一端发射的光线用于照明或类似目的时，都需要将光线相对光导缆的轴成较宽的角度传播出去。然而，要获得较宽发散的、并具有均匀或合乎需要分布的光辐射是困难的。

本发明的目的是提供一种能有效地和均匀地辐射通过透镜系统收集的太阳光线的光辐射器，并通过导光缆将它们发送出去。

为了实现上述目的，本发明的申请人提出一种光辐射器，它包括一个半透明的管状容器;大量透明的板，这些板串行安置在该管状容器的内部，相对该容器的轴线在同一方向倾斜;在容器的一端有一连接部分，用于连接导光缆的光发送端;一个插在连接部分和透明板之间的透镜和一个用于转动管状容器的电机。这种光辐射器的特征在于，各块透明板至少有部分反射表面，其特征还在于，它们的反射表面由于离透镜较远，所以有较大的尺寸，以反射出基本上均匀的光线，并且也构成导光缆的连接部分，使能旋转地固定其中的导光缆并旋转地支持其上的管状容器。管状容器的不释放光的端部构造成差不多是半园的，作为反射表面。进一步说，光辐射器包括一个半透明的管状容器;大量的透明板，它们同轴地串行固定在该管状容器的透明的中心轴上，这些透明板相对于该管状容器的轴在同一方向上倾斜;一个装在该容器一端的，用于连接导光缆的光发送端的导光缆连接部分;一个插在连接部分和透明板之间的透镜和一个用于旋转管状容器中心轴的电机。这种光辐射器的特征在于，这些透明板各自至少有部分的反射表面，这些反射表面由于离透镜较远，所以有较大的尺寸，以反射出基本上均匀数量的光线。下面将参照附图叙述本发明的优选实施例。

图1是说明实施本发明的光辐射器的正视图;

图2是该光辐射器的侧视图;

图3是表示该光辐射器的导光部分的剖视图;

图4是解释本发明申请人先前提出的太阳光线收集设备的实施例的视图;

图5是解释将太阳光导入纤维光缆的原理的视图。

图1是解释权利要求1至3中叙述的光辐射器的正视图，图2是该光辐射器的侧视图，图3是该光辐射器的光接收部分的剖视图。根据本发明，这个光辐射器由下面部分组成：导光缆1，光接收部分2，透明 的管状容器3，凸透镜4，具有透明部分5a和反射部分5b的透明板5，支持底座6，电机7，旋转轴8，透明的中心轴9，透明的支持板10，导光缆的固定器11，管状容器的支持架12和轴承13。通过一透镜系统（未示出）聚焦的太阳光线通过导光缆1射出，穿过聚焦点位于导光缆1的光发射端上的凸透镜4，基本上被转换成平行的光线，然后，这些光线被导入管状容器3，在管状容器3中，大量的透明板5倾斜地互相有一定间距地安装，如图2所示。在本实施例中，管状容器做成圆筒形式，其中包括椭圆形的透明板5和圆形的支持板10。在这种情况下，所有透明板5和支持板10都预先使用胶合剂或类似物质被粘在透明的中心轴9上，做成一个集成元件插入园形容器3中。支持板10起着为该元件加固的作用。每块透明板5都有透明部分5a和反射部分5b，它们可以通过蒸镀一层金属膜，或者通过焊一金属板到透明板5的给定部分来形成。将单独的反射板和单独的透明板组合起来形成一块板5也是可能的。如图1所示，在离光引导（接收）部分2较远处的板5逐级有更大的反射面。有弦形状的部分反射面的板在图中已画出，它们的反射部分可能是同心的园，弓形或其他合适的形状。管状容器并不总是做成圆形状，也可以把容器的截面做成任何其它形状，例如方形。透明板应与管状容器的形状相一致。从导光缆1的光发送端发射的、并转换成基本并行的光线被板5的反射面5b部分反射，最终穿过管状容器3的侧面全部发射出去。

由于透明板5的反射面5b在光线方向上互相均匀地隔开和重迭，所以没有被前面的反射面反射的光线就被后面的反射面反射，从而全部光线都能穿过管状容器的侧壁向外发射。因此，通过合理的设计透明板的反射面尺寸，获得穿过管状容器侧壁的均匀分布的光辐射是可能的。

植物利用太阳能以二氧化碳和水合成它们自己的养料，并将这些养料分配到它们的技体、果实等等中去。植物中养料的传输可以在没有光和/或有氧和/或温度较低的条件下有效地完成。换句话说，为了有效地培养植物就要促进植物中养料的光合作用和传输。为这种目的，按给定的时间间隔周期性地供给光线是有效的，即交替地重复光辐射周期（为了光合作用）和没有光辐射的黑暗周期（为了传输养料目的）。此外，在培养植物的情况下，对植物的间歇光辐射（在几个微秒到几个毫秒的间隔内）比连续的光辐射更可取。也就是说，通过与黑暗作用相结合的光作用可以促进光合作用，通过在光作用期把强烈的光辐射提供给植物，在黑暗作用期不提供光辐射或只提供弱光辐射，也可以促进植物的生长。与从固定的光辐射器辐射植物的情况相比，移动光辐射器对于把光线广泛地分布在植物上以增加效率和充分利用光能方面是有效的。换句话说，在使用相同功率的光辐射器的情况下，移动光辐射器能在更广阔的耕作区内促进植物生长。此外，由于光辐射器在植物上方移动时，植物被周期地辐射和互相成形（Shaped），所以亮和暗周期的反复也能有效地促进植物的生长。

图3是通过例子表示光辐射器的光引导部件的视图。在图3中在导光缆支持部件11中装入导光缆的输出端，并固定到一个合适的部件上。在所述的支持部件的周围有轴承13，以便可旋转地支持管状容器3的上部。管状容器3的下部由旋转轴8支持，轴8可被转动机构的电机7驱动。因此，当光辐射器安装在蔬菜园的中央时，它可以通过电机7作四周（360°）旋转，以便将光线提供给所有的植物。当光辐射器安装在蔬菜园的一个角上时，它通过电机7在一个给定的范围内转，只把光线提供给耕作植物的区域。在图示的情况，每个管状容器（光辐射器）都有一驱动电机。然而，也可能使用单个电机同时旋转多个管状容器。在图示情况虽然光辐射器被垂直安装，但它也可以水平安装在天花板上或地面上。在这样的情况下，可以限制电机的旋转角，使从辐射器来的光线只向上或只向下地辐射到植物上。

当管状容器3的不辐射光线的半园部分（如图2所示）做成反射面时，引入管状容器的几乎均匀数量的光线可以在箭头所指的方向上辐射，从而可以更有效地利用光能。

在上面所述的实施例中，虽然把透明板固定到能旋转的管状容器上，但也可以把光辐射器设计成如权利要求4所叙述的那样，其中，管状容器与导光缆支持部件牢固地固定在一起，且透明板安装在管状容器内可旋转的中心轴9上。

从前面所述很明显，按照本发明，提供低成本和设计简单的光辐射器是可能的，该光辐射器能接收通过导光缆发射的光能，也能均匀地和有效地将光能辐射到植物上。

图4是通过一个例子说明由本申请人先前提出的太阳光线收集设备的结构视图。在图4中，数字20是一个透明的保护盒，21是菲涅耳透镜，22是透镜固定器，23是太阳的位置检测器，24是许多光纤或由许多放在菲涅耳透镜焦平面上的光线组成的纤维光缆，25是光纤或纤维光缆固定器，26是支架，27是脉冲电机，28是由所述脉冲电机27旋转的水平轴，29是其上安装保持盒20的底座，30是脉冲电机，31是由所述脉冲30旋转的垂直轴，1是纤维光缆24的束。

通过太阳位置检测器23检测太阳的方向，此检测信号分别控制转动水平轴28和垂直轴31的脉冲电机27和30，使太阳位置检测器23总是朝向太阳。由每个透镜21聚焦的太阳光穿过位于该透镜焦点上的光导端面引入相应的光导24。这些其端面位于相应的透镜的焦平面上的光导24一起被束成纤维光缆1。纤维光缆1从太阳光线接收设备中引出，并敷设在照明，耕作植物，训练动物和人类日光浴等需要光线的任何地方。

图5是解释怎样把由透镜21接收的光线导入光导的视图。

在图5中，21是菲涅耳透镜或类似的器件，24是接收由该透镜聚焦的太阳光，并将它们发送到任何需要地方去的光导。在通过透镜系统聚焦太阳光的情况下，太阳的图象有一个几乎是白光组成的中央部分和其中包含大量波长相应于透镜系统焦点的光分量的周围部分。即在通过透镜系统聚焦太阳光的情况下，焦点和太阳的图象的大小将根据光分量的波长改变。例如，短波长的兰色光在位置P1产生直径为D1的太阳图象。此外，绿色光在位置P2产生直径为D2的太阳图象，红色光在位置P3产生直径为D3的太阳图象。

因此，如图5所示，当光导的光接收端面放在位置P1时，很可能收集的太阳光的周围部分上包含大量兰色分量。当光导的光接收端面放在位置P2时，很可能收集的太阳光的周围部分上包含大量绿色分量。当光导的光接收端面放在位置P3时，很可能收集的太阳光的周围部分上包含许多红色分量。在每种情况下，光导的直径都可以根据要收集的光分量来选择。例如，根据所要求的光线颜色，例如兰色、绿色或红色，光导所需要的直径分别是D1、D2和D3。通过这样的方法，可以节省所需的纤维光缆的量，从而可以最有效地接收其中包含大量所希望颜色分量的太阳光。

此外，如图5所示，如果纤维光缆的光接收端面的直径扩大到D₀，则很可能收集的光中包含所有可见波长分量，但不包含任何紫外或红外线的光。

光导24的光接收面可以预先由制造商固定在透镜系统的焦平面上，或者该光导的接收面可以做成在光轴方向上可调整的，并且由用户来调整，以便可能获得所希望颜色的光分量。

如上所述，当太阳光通过透镜系统聚焦时，太阳的图像有一白色光的中央部分和一周围部分，周围部分的成份根据到透镜系统的距离而改变。即在距透镜系统短的距离上，收集兰色光，在距透镜系统较远的距离上，收集红色光。通过调整光导的光接收面放置的位置可消除红外和紫外光线，从而能获得适合于日光浴和培养动植物的太阳光。

Claims (4)

1、一光辐射器，它包含半透明的管状容器，大量的串行安装在该管状容器内部的相对该容器的轴在相同方向倾斜的透明板，装在该容器一端以连接导光缆输出端的导光缆连接部分，插在导光缆连接部分和透明板之间的透镜以及用于转动该管状容器的电机，该光辐射器的特征在于，各块透明板至少有部分的反射面，它们的反射面由于离透镜较远，所以有更大的尺寸，以便反射出基本上均匀的光线。

2、根据权利要求1的光辐射器，其特征在于，所述导光缆连接部分的构造可旋转地固定导光缆和可旋转地支持管状容器。

3、根据权利要求1或2的光辐射器，其特征在于，所述管状容器的不能发射光线的近乎半园的端部分被做为反射面。

4、一光辐射器，它包含一半透明的管状容器;许多相对该管状容器的轴在同一方向倾斜的一组透明板，并同心和集成地固定到可旋转地装在该管状容器内部的透明中心轴上;装在该容器一端的用于在那里连接导光缆一端的导光缆连接部分;插在该连接部分和透明板之间的透镜;以及用于旋转管状容器中心轴的马达，该光辐射器的特征在于，所述透明板各块至少有部分反射面，它们的反射面由于离透镜较远，所以有更大的尺寸，以便反射出基本上均匀的光线。

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